[发明专利]基于光栅投影多步相移法的3D打印制品三维缺陷检测方法

说明书

本发明公开了一种基于光栅投影多步相移法的3D打印制品三维缺陷检测方法。根据待测物体的标准CAD模型3D打印待测物体，投射标准正弦数字光栅到待测物体表面，拍摄条纹图像预处理获得拍摄点云；根据待测物体的标准CAD模型生成标准点云；计算拍摄点云的快速点特征直方图，进行随机采样一致变换获得粗配准点云；采用迭代最近点方式对粗配准点云进行处理获得精配准点云；提取异常点并欧式聚类，获取缺陷的位置和缺陷个数；采用点云生长方法从缺陷的位置生长出缺陷区域点云，对缺陷区域点云进行三维重建。本发明缺陷检测精度高，光栅投影覆盖范围广，检测全面效率高，对环境要求低，可满足实际工业应用需求。

技术领域

本发明涉及计算机视觉及工业自动化检测技术，具体一种基于光栅投影多步相移法的3D打印制品三维缺陷检测方法。

背景技术

3D打印技术又称增材制造是工业4.0时代最具发展前景的制造技术之一。3D打印材料经历了固-液-固两次相变，常会出现以下缺陷：打印材料强度不足引起的空洞和裂缝，填充、挤出速度不匹配引起的疙瘩、凸起等，3D打印制品多为结构复杂、尺寸精度要求较高的零件，因此研究一种高效的3D打印塑料制品质量检测系统就显得尤为重要。

现有的3D打印制品质量检测多沿用传统的无损检测方法，主要有以下四类：超声波检测、射线检测、磁粉检测、渗透检测。超声波检测利用材料及缺陷的声学性能差异对超声波传播波形反射情况和穿透时间的能量变化来检验材料内部是否存在缺陷，常用于检测厚度较大的零件检验，该方法对于检测技术难度大，对待测物体表面要求平滑，对体积性缺陷由于其缺陷反射面较小检出率不高。射线检测利用X射线或γ射线在穿透被测物各部分时强度衰减的不同，检测被测物体中的缺陷，常用于检测内部缺陷，该方法检测速度较慢，只宜探测气孔、夹渣、缩孔等体积性缺陷。磁粉检测通过对被测物体施加磁场使其磁化，在表面缺陷处会有磁力线逸处形成漏磁场，该方法对铁磁性材料表面检测灵敏度高，对被测件表面光滑度要求高，对检测人员的技术要求高，检测范围小速度慢。渗透检测在被测物体表面涂含有荧光染料的渗透剂，在毛细作用下渗入缺陷，利用显像剂显示缺陷形貌。该方法不适用于多孔材料，对检测人员的经验要求高，检测效率较低。

针对3D打印件形状复杂，打印材料类型多等特点，传统的无损检测方式无法有效精确地对其进行检测。光栅投影法具有非接触性、量程广、测量速度快、测量精度及自动化程度高、测量环境要求低等优点，已经成为工业检测领域最有发展潜力的方法之一。光栅投影法将被编码的光栅投影到被测物体表面，光栅受到物体表面高度调制，可根据相位变化获取三维信息，更适用于具有CAD标准模型的3D打印制品的三维缺陷检测。

本发明利用光栅投影四步相移法获取待测3D打印件表面点云数据基础上，本发明对获取数据首先进行预处理，去除无效背景点、离群噪点、模型内稠密点；对处理过的重构点云配准到标准CAD模型坐标系下，设置缺陷异常点阈值，基于欧式聚类的方式去除飞点提取密集异常点并求取类内重心，基于点云生长获取缺陷点云并对其进行三维重建标注在相应的缺陷位置。

发明内容

本发明为解决复杂3D打印制品缺陷检测的不足，提出一种基于光栅投影多步相移法的3D打印制品三维缺陷检测方法，能用复杂3D打印制品的三维缺陷检测。

如图2所示，本发明的技术方案包括以下步骤：

步骤1)，获取待测物体表面点云及点云预处理阶段：

根据待测物体的标准CAD模型3D打印出待测物体，将待测物体放置在桌面上，投射多幅不同初始相位的标准正弦数字光栅到待测物体表面，通过CCD相机连续拍摄物体表面被投射标准正弦数字光栅后的条纹图像，利用反正切函数对条纹图像进行求解得到相位值，将所求的相位值进行解包裹反求得到待测物体的表面点云，然后进行预处理获得拍摄点云；

步骤2)，获取标准点云阶段：提取待测物体的标准CAD模型的三角形面片的顶点坐标和法向量，在三角形面片上采样生成所需密度的标准点云；